一种FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法技术领域
本发明涉及激光微纳加工技术及半导体材料领域，特指采用一种铜网辅助激光在
掺氟二氧化锡(FTO)薄膜表面制备波纹结构的方法。
背景技术
FTO薄膜作为透明导电氧化物(TCO)薄膜中的一种，因其具有良好的导电性，以及
可见光区内有较高的透光性等特点，作为窗口层材料被广泛应用于薄膜太阳能电池、液晶
显示器和光电转换器等光电器件领域。然而随着光电器件的研究和应用，现有技术制备的
FTO薄膜的光学和电学性能已不能完全满足其快速发展的需要。
有研究表明，当透明导电薄膜表面具有如光栅结构、金字塔结构和蜂窝结构等周
期性微纳结构时，由于这些结构具有突出的多元化结构可以减少光反射的表面，可有效提
高薄膜的透光率。目前用于制备薄膜表面微纳结构的方法主要有：电子束刻蚀法、等离子体
刻蚀法、电化学沉积法和纳米压印技术等。但这些方法制备工艺复杂、周期长、有的还需要
使用有毒有害的化学试剂，往往带来制备效率低、污染坏境等一系列问题。前期发明人采用
激光在金属/TCO薄膜表面成功诱导出规则的光栅结构，并有效提高了薄膜的透光率(专利
号：ZL201410231952.4)。但这种方法需要对TCO薄膜表面进行金属层的复合，而金属膜的制
备需要采用昂贵的专用镀膜设备才能完成，这对制备工艺的顺利进行具有一定的制约作
用。因此，当前要找到一个操作简单，高效、低成本和可控性好的方法在透明导电薄膜表面
制备周期性的微纳结构是非常重要的。
发明内容
本发明的目的是克服以往技术上的不足，提供一种利用铜网辅助激光在FTO薄膜
表面制备微纳结构的方法，无需对薄膜进行预先镀膜处理，通过铜网辅助作用，再采用激光
辐照法来实现FTO薄膜表面波纹结构的形成。
本发明提出的铜网辅助激光辐照法的技术方案如下：
一种FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法，包括如下步骤：
步骤1、FTO薄膜的预处理：取大小为2.0cm×2.0cm FTO薄膜，依次用去离子水、丙
酮和乙醇浸泡样品在超声机中清洗20分钟，再用高纯氮气吹干，最后烘干，备用；
步骤2、铜网辅助激光辐照FTO薄膜：将铜网放置于FTO薄膜正上方，再采用激光对
铜网表面进行辐照处理，在FTO薄膜上得到波纹结构。
步骤1中，所述铜网为冲压式圆孔铜网，圆孔直径为80μm。
步骤2中，所述铜网辅助激光辐照FTO薄膜的步骤如下：
步骤A、将铜网放置在FTO薄膜正上方，调整铜网位置，控制铜网与FTO薄膜表面距
离为0～1mm，使铜网表面位于激光器发出的激光束的焦点后，对铜网表面进行激光辐照处
理；
步骤B、使用超短脉冲激光器作为输出激光的仪器，调整超短脉冲激光器的输出，
控制激光能量密度为1.5～2.0J/cm2，扫描速度为5～10mm/s；
步骤C、根据选用的激光能量确定激光束的扫描线宽，以此来设定激光束的扫描路
径，具体为：激光束作单向逐线扫描，通过设定线间距来控制相邻两线相互交叠，扫描线重
叠率控制在60～80％；
步骤D、根据设定的激光束扫描路径控制激光束运动，使激光束垂直于铜网表面进
行扫描。
步骤A中，所述铜网与FTO薄膜表面距离为0～1mm。
步骤B中，所述超短脉冲激光器的波长为532nm，脉冲宽度为1～2ns。
此时由于激光辐照的热效应对铜网产生了烧蚀作用，使得部分铜沉积于FTO薄膜
表面，而当激光辐照于附有铜的FTO薄膜表面时则诱导薄膜产生了特殊的波纹结构。
本发明具有以下优点：
1)实验过程中铜网的引入，可有效在薄膜表面获得结构规则的波纹结构，而无需
另外镀制铜层来制备波纹结构。
2)实验过程操作简单，样品制备时间短、可控性好，区域选择性高。只需在常温空
气中就可以完成，而不需要引入其他特殊气体或液体介质等苛刻的环境条件。
3)实验过程中，不需使用任何有毒和腐蚀性化学试剂，能有效的减少环境污染。
附图说明
图1为铜网辅助激光辐照加工样品表面的示意图；
图2为实施例1铜网辅助激光辐照后FTO薄膜表面的低倍扫描电镜图；
图3为实施例1中铜网辅助激光辐照后FTO薄膜表面的高倍扫描电镜图；
图4为实施例2中铜网辅助激光辐照后FTO薄膜表面的高倍扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1、2中，FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法，具体步骤如下：
步骤1、FTO薄膜的预处理：取大小为2.0cm×2.0cm FTO薄膜，依次用去离子水、丙
酮和乙醇浸泡样品在超声机中清洗20分钟，再用高纯氮气吹干，最后50℃烘干，备用；所使
用的丙酮和乙醇均为分析纯。
步骤2、铜网辅助激光辐照FTO薄膜：将铜网放置于FTO薄膜正上方，再采用激光对
铜网表面进行辐照处理，在FTO薄膜上得到波纹结构。
步骤2中，所述铜网辅助激光辐照FTO薄膜的步骤如下：
步骤A、将铜网放置在FTO薄膜正上方，调整铜网位置，控制铜网与FTO薄膜表面距
离为0～1mm，使铜网表面位于激光器发出的激光束的焦点后，对铜网表面进行激光辐照处
理；
步骤B、使用超短脉冲激光器作为输出激光的仪器，调整超短脉冲激光器的输出，
控制激光能量密度为1.5～2.0J/cm2，扫描速度为5～10mm/s；
步骤C、根据选用的激光能量确定激光束的扫描线宽，以此来设定激光束的扫描路
径，具体为：激光束作单向逐线扫描，通过设定线间距来控制相邻两线相互交叠，扫描线重
叠率控制在60～80％；
步骤D、根据设定的激光束扫描路径控制激光束运动，使激光束垂直于铜网表面进
行扫描。
下面通过实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
本实施例中，铜网被放置于FTO薄膜的正上方，铜网和FTO薄膜表面之间的距离保
持为1mm，采用脉宽为1～2ns、波长为532nm、重复频率为1kHz的纳秒激光辐照FTO薄膜。
其方法具体为：调整样品台的位置使铜网表面位于激光焦点后2.0mm处；控制激光
能量密度为1.5J/cm2，扫描速度为10mm/s；扫描线重叠率控制在60％；控制激光束运动，使
激光束垂直于铜网表面扫描，扫描面积为2.0cm×2.0cm。
实施例2：
本实施例中，铜网被放置于FTO薄膜的正上方，铜网和FTO薄膜表面之间的距离保
持为0mm(即铜网紧贴于FTO薄膜样品表面)，采用脉宽为1～2ns、波长为532nm、重复频率为
1kHz的纳秒激光辐照FTO薄膜。
其方法具体为：调整样品台的位置使铜网表面位于激光焦点后2.0mm处；控制激光
能量密度为2.0J/cm2，扫描速度为5mm/s；扫描线重叠率控制在80％；控制激光束运动，使激
光束垂直于铜网表面扫描，扫描面积为2.0cm×2.0cm。
图1展示了实施例1、2中利用铜网在FTO薄膜表面制备波纹结构的实验过程。首先
将铜网放置于FTO薄膜的正上方，使铜网和FTO薄膜表面之间的距离保持为0～1mm，再采用
纳秒激光对FTO薄膜表面进行辐照，最后在FTO薄膜表面形成结构规则的波纹结构。
图2展示了实施例1中铜网辅助激光辐照后FTO薄膜表面的低倍扫描电镜图。从图
中可以看出，在铜网的辅助作用下，FTO薄膜表面形成了规则分布的圆形作用区域。其中圆
形区域的高倍扫描电镜图如图3所示。
从图3和图4中可以看出，在铜网的辅助作用下，FTO薄膜表面形成了结构规则的波
纹结构。这充分说明，铜网对波纹结构的形成具有不可忽视的作用；另外铜网与FTO薄膜表
面之间距离的控制对波纹结构的形成具有重要的影响。
本发明所给出的上述实施例只对技术方案进行具体说明，而不进行限制。在本领
域的技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，
本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。